CN109748731A - 一种高塔造粒多元素缓释复合肥及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高塔造粒多元素缓释复合肥及其制造方法，属于肥料技术领域。本发明包括肥芯颗粒和外层包膜剂；肥芯颗粒是由尿素、磷酸一铵、氯化钾、中微量元素混合物、天青石粉、硅藻土、改性纳米二氧化硅、增效剂制备而成；所述外层包膜剂是由改性聚乙烯醇溶液、烯丙基聚乙二醇、尿素和活性炭制备而得。本发明采用改性的聚乙烯醇溶液做包膜材料，生态环保无污染；同时于包膜剂中添加烯丙基聚乙二醇、尿素和活性炭，一方面可少量为作物提供氮肥，另一方面可提高包膜的致密度，所得包膜力学性能好，本发明生产方法简单易行，原料成本不高，肥效显著，具有广阔的市场应用前景。

Description

一种高塔造粒多元素缓释复合肥及其制造方法

技术领域

本发明属于肥料技术领域，具体涉及一种高塔造粒多元素缓释复合肥及其制备方法。

背景技术

复合肥一般是颗粒肥，是含有将植物所需要的氮磷钾的肥料混合后通过挤压造粒、圆盘造粒、滚筒造粒、尿熔喷浆造粒和高塔尿熔造粒等制成颗粒肥，然后通过包衣、涂膜、添加抑制剂等方式进行缓释处理，形成颗粒缓释肥。高塔造粒复合肥主要是利用将尿素熔融成尿液后，把尿素和磷铵、钾肥（氯化钾和硫酸钾）等原料在混料槽充分溶合，形成低共烙化合物；再通过喷头把低共烙化合物从百米高塔顶部喷淋下来，在真空中冷却后，利用液滴的表面张力成为浑圆颗粒的一种复合肥生产工艺。这种工艺具有节能、高效、环保等有点，代表了目前复合肥生产的较高技术水准。

我国是一个人口大国、农业大国，用占世界7%的土地养活了占世界22%的人口，粮食问题永远是关系到国计民生的大事。我国现有耕地20亿亩，年需化肥1.5亿吨，是世界最大的化肥进口国和氮肥生产国。尽管如此，化肥量仍然满足不了农业发展的需要。究其原因，关键问题在于化肥的利用率太低。据调查，我国化肥的利用率只有35-40%，其余部分被土壤固定，或淋溶造成水体污染、湖泊富营养化等环境问题。化肥的清洁、高效使用已成为人们的关注焦点。作为可减少化肥带来的副作用的缓释肥变得日益瞩目，也成为人们纷纷研发和创新的新型肥料。

“缓释”是指某种化学物质转化为农作物需要的营养素，并缓慢释放的过程，且其释放速度要比普通化肥的营养成分释放的速度低很多。缓释化肥是指将其埋于土壤后，其营养素释放的速度远远低于普通肥料的肥料。缓释化肥不仅能通过减缓有效成分释放的途径以提高化肥的利用率，还能减少有害气体的挥发，进而减少肥料成分挥发造成的养分流失和环境污染。

发明内容

本发明提供一种高塔造粒多元素缓释复合肥及其制造方法，该肥料营养物质全面，缓释效果好，肥效持久，适合各类作物使用，同时可以改善土壤结构，提高肥料利用率。本发明所采用的技术方案是：

一种高塔造粒多元素缓释复合肥，包括肥芯颗粒150份、外层包膜剂5-10份；所述肥芯颗粒是由以下重量份的原料制备而成：尿素80-100份、磷酸一铵30-50份、氯化钾20-40份、中微量元素混合物10-20份、天青石粉10-30份、硅藻土15-20份、改性纳米二氧化硅3-5份、增效剂0.5-1.5份；所述外层包膜剂是由以下重量份的原料制备而成：改性聚乙烯醇溶液10-20份、烯丙基聚乙二醇3-5份、尿素5-10份和活性炭3-6份。

所述中微量元素混合物为：硫酸镁、硫酸锌、硼砂、硫酸铜、硫酸锰、钼酸铵按照质量比5-10:5-10:3-5:3-4:4-8:3-5混合所得。

所述改性纳米二氧化硅是通过以下方法制备得到的：将纳米二氧化硅与三乙醇胺按照重量比1:5混合，在研钵中研钵1小时，然后在高速搅拌下分散到含5％偶联剂KH560的水体中，调节pH至8-9，继续搅拌30-45min，放入球磨机中球磨3h，干燥后即得改性纳米二氧化硅。

所述增效剂α-甲基葡萄糖甙、α-酮戊二酸和乙二胺四乙酸按照1.5-2:1:1的重量比混合而得。

所述改性聚乙烯醇溶液是由以下方法制备得到的：取500 mL去离子水和50 g聚乙烯醇加入到装有电动搅拌器和回流装置的反应釜中；开动电动搅拌机，升温至95℃，保温约1.5 h，使其完全溶解；降温至50-80℃，取4-16 g壳聚糖置于聚乙烯醇溶液中，同时加入二氧化硅10-20g，于60℃恒温反应3h，得到改性聚乙烯醇溶液。

一种高塔造粒多元素缓释复合肥的制备方法，包括以下步骤：

（1）制备肥芯颗粒：将尿素加热熔融，然后将磷酸一铵、氯化钾、中微量元素混合物、天青石粉、硅藻土、改性纳米二氧化硅、增效剂加到尿素熔融液中，混合搅拌均匀得浆料；将料浆经造粒器输入到造粒塔进行高塔造粒，得颗粒肥；将颗粒肥经输送设备至一级冷却机和二级冷却机进行冷却至温度30-40℃；振动、筛分，得粒径为2-4mm的颗粒芯肥；

（2）制备包膜剂：首先制备改性聚乙烯醇溶液，取500 mL去离子水和50 g聚乙烯醇加入到装有电动搅拌器和回流装置的反应釜中；开动电动搅拌机，升温至95℃，保温约1.5 h，使其完全溶解；降温至50～80℃，取4-16 g壳聚糖置于聚乙烯醇溶液中，同时加入二氧化硅10-20g，于60℃恒温反应3h，得到改性聚乙烯醇溶液；将改性聚乙烯醇溶液、烯丙基聚乙二醇、尿素和活性炭按配比混合搅拌均匀，得到包膜剂；

（3）将肥芯颗粒置于包膜机中，使用步骤（2）所得包膜剂溶液进行包膜，得到本发明所述高塔造粒多元素缓释复合肥。

有益效果：

（1）本发明的高塔造粒多元素缓释复合肥，含有丰富的氮磷钾等营养物质，同时添加适量中微量元素、硅藻土等，为作物提供全面均衡的营养物质；

（2）本发明肥芯颗粒还添加有天青石粉，富含锶元素，不但对作物生长有促进作用，而且对土壤中的有害菌有灭杀作用，有效提升土壤的抗病害能力；添加的改性纳米二氧化硅，可以充分吸附和分散各类营养元素，促进作物对养分的吸收和植物的光合作用，利用纳米材料的特性使养分均匀分布于土壤，使氮素与土壤有机质（腐殖质）结合从而达到一定的缓释功效；配合增效剂的使用，使得营养物质被充分吸收，提高肥料利用率，减少对土壤环境的污染；

（3）本发明采用改性的聚乙烯醇溶液做包膜材料，以二氧化硅、壳聚糖和聚乙烯醇为原料，采用交联、共混方法制备可生物降解的有机无机包膜材料，生态环保无污染；同时壳聚糖既是可生物降解的天然高分子材料，又是新型植物生长调节剂，且具有良好的成膜性和缓释性；同时于包膜剂中添加烯丙基聚乙二醇、尿素和活性炭，一方面可少量为作物提供氮肥，另一方面可提高包膜的致密度，所得包膜力学性能好，溶出度高；

（4）本发明生产方法简单易行，原料成本不高，肥效显著，具有广阔的市场应用前景。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明，但不限于此。

实施例1

一种高塔造粒多元素缓释复合肥，包括肥芯颗粒150份、外层包膜剂5份；所述肥芯颗粒是由以下重量份的原料制备而成：尿素80份、磷酸一铵30份、氯化钾20份、中微量元素混合物10份、天青石粉10份、硅藻土15份、改性纳米二氧化硅3份、增效剂0.5份；所述外层包膜剂是由以下重量份的原料制备而成：改性聚乙烯醇溶液10份、烯丙基聚乙二醇3份、尿素5份和活性炭3份。

所述中微量元素混合物为：硫酸镁、硫酸锌、硼砂、硫酸铜、硫酸锰、钼酸铵按照质量比5:5:3:3:4:3混合所得。

所述改性纳米二氧化硅是通过以下方法制备得到的：将纳米二氧化硅与三乙醇胺按照重量比1:5混合，在研钵中研钵1小时，然后在高速搅拌下分散到含5％偶联剂KH560的水体中，调节pH至8-9，继续搅拌30min，放入球磨机中球磨3h，干燥后即得改性纳米二氧化硅。

所述增效剂α-甲基葡萄糖甙、α-酮戊二酸和乙二胺四乙酸按照1.5:1:1的重量比混合而得。

所述改性聚乙烯醇溶液是由以下方法制备得到的：取500 mL去离子水和50 g聚乙烯醇加入到装有电动搅拌器和回流装置的反应釜中；开动电动搅拌机，升温至95℃，保温约1.5 h，使其完全溶解；降温至50℃，取4 g壳聚糖置于聚乙烯醇溶液中，同时加入二氧化硅10g，于60℃恒温反应3h，得到改性聚乙烯醇溶液。

一种高塔造粒多元素缓释复合肥的制备方法，包括以下步骤：

（1）制备肥芯颗粒：将尿素加热熔融，然后将磷酸一铵、氯化钾、中微量元素混合物、天青石粉、硅藻土、改性纳米二氧化硅、增效剂加到尿素熔融液中，混合搅拌均匀得浆料；将料浆经造粒器输入到造粒塔进行高塔造粒，得颗粒肥；将颗粒肥经输送设备至一级冷却机和二级冷却机进行冷却至温度30℃；振动、筛分，得粒径为2-4mm的颗粒芯肥；

（2）制备包膜剂：首先制备改性聚乙烯醇溶液，取500 mL去离子水和50 g聚乙烯醇加入到装有电动搅拌器和回流装置的反应釜中；开动电动搅拌机，升温至95℃，保温约1.5 h，使其完全溶解；降温至50℃，取4g壳聚糖置于聚乙烯醇溶液中，同时加入二氧化硅10g，于60℃恒温反应3h，得到改性聚乙烯醇溶液；将改性聚乙烯醇溶液、烯丙基聚乙二醇、尿素和活性炭按配比混合搅拌均匀，得到包膜剂；

（3）将肥芯颗粒置于包膜机中，使用步骤（2）所得包膜剂溶液进行包膜，得到本发明所述高塔造粒多元素缓释复合肥。

实施例2

一种高塔造粒多元素缓释复合肥，包括肥芯颗粒150份、外层包膜剂8份；所述肥芯颗粒是由以下重量份的原料制备而成：尿素90份、磷酸一铵40份、氯化钾30份、中微量元素混合物15份、天青石粉20份、硅藻土18份、改性纳米二氧化硅4份、增效剂1份；所述外层包膜剂是由以下重量份的原料制备而成：改性聚乙烯醇溶液15份、烯丙基聚乙二醇4份、尿素8份和活性炭5份。

所述中微量元素混合物为：硫酸镁、硫酸锌、硼砂、硫酸铜、硫酸锰、钼酸铵按照质量比8:8:4:3.5:6:4混合所得。

所述改性纳米二氧化硅是通过以下方法制备得到的：将纳米二氧化硅与三乙醇胺按照重量比1:5混合，在研钵中研钵1小时，然后在高速搅拌下分散到含5％偶联剂KH560的水体中，调节pH至8-9，继续搅拌40min，放入球磨机中球磨3h，干燥后即得改性纳米二氧化硅。

所述增效剂α-甲基葡萄糖甙、α-酮戊二酸和乙二胺四乙酸按照1.8:1:1的重量比混合而得。

所述改性聚乙烯醇溶液是由以下方法制备得到的：取500 mL去离子水和50 g聚乙烯醇加入到装有电动搅拌器和回流装置的反应釜中；开动电动搅拌机，升温至95℃，保温约1.5 h，使其完全溶解；降温至70℃，取10 g壳聚糖置于聚乙烯醇溶液中，同时加入二氧化硅15g，于60℃恒温反应3h，得到改性聚乙烯醇溶液。

一种高塔造粒多元素缓释复合肥的制备方法，包括以下步骤：

（1）制备肥芯颗粒：将尿素加热熔融，然后将磷酸一铵、氯化钾、中微量元素混合物、天青石粉、硅藻土、改性纳米二氧化硅、增效剂加到尿素熔融液中，混合搅拌均匀得浆料；将料浆经造粒器输入到造粒塔进行高塔造粒，得颗粒肥；将颗粒肥经输送设备至一级冷却机和二级冷却机进行冷却至温度35℃；振动、筛分，得粒径为2-4mm的颗粒芯肥；

（2）制备包膜剂：首先制备改性聚乙烯醇溶液，取500 mL去离子水和50 g聚乙烯醇加入到装有电动搅拌器和回流装置的反应釜中；开动电动搅拌机，升温至95℃，保温约1.5 h，使其完全溶解；降温至70℃，取10 g壳聚糖置于聚乙烯醇溶液中，同时加入二氧化硅15g，于60℃恒温反应3h，得到改性聚乙烯醇溶液；将改性聚乙烯醇溶液、烯丙基聚乙二醇、尿素和活性炭按配比混合搅拌均匀，得到包膜剂；

（3）将肥芯颗粒置于包膜机中，使用步骤（2）所得包膜剂溶液进行包膜，得到本发明所述高塔造粒多元素缓释复合肥。

实施例3

一种高塔造粒多元素缓释复合肥，包括肥芯颗粒150份、外层包膜剂10份；所述肥芯颗粒是由以下重量份的原料制备而成：尿素100份、磷酸一铵50份、氯化钾40份、中微量元素混合物20份、天青石粉30份、硅藻土20份、改性纳米二氧化硅5份、增效剂1.5份；所述外层包膜剂是由以下重量份的原料制备而成：改性聚乙烯醇溶液20份、烯丙基聚乙二醇5份、尿素10份和活性炭6份。

所述中微量元素混合物为：硫酸镁、硫酸锌、硼砂、硫酸铜、硫酸锰、钼酸铵按照质量比10: 10: 5: 4: 8: 5混合所得。

所述改性纳米二氧化硅是通过以下方法制备得到的：将纳米二氧化硅与三乙醇胺按照重量比1:5混合，在研钵中研钵1小时，然后在高速搅拌下分散到含5％偶联剂KH560的水体中，调节pH至8-9，继续搅拌45min，放入球磨机中球磨3h，干燥后即得改性纳米二氧化硅。

所述增效剂α-甲基葡萄糖甙、α-酮戊二酸和乙二胺四乙酸按照2:1:1的重量比混合而得。

所述改性聚乙烯醇溶液是由以下方法制备得到的：取500 mL去离子水和50 g聚乙烯醇加入到装有电动搅拌器和回流装置的反应釜中；开动电动搅拌机，升温至95℃，保温约1.5 h，使其完全溶解；降温至80℃，取16 g壳聚糖置于聚乙烯醇溶液中，同时加入二氧化硅20g，于60℃恒温反应3h，得到改性聚乙烯醇溶液。

一种高塔造粒多元素缓释复合肥的制备方法，包括以下步骤：

（1）制备肥芯颗粒：将尿素加热熔融，然后将磷酸一铵、氯化钾、中微量元素混合物、天青石粉、硅藻土、改性纳米二氧化硅、增效剂加到尿素熔融液中，混合搅拌均匀得浆料；将料浆经造粒器输入到造粒塔进行高塔造粒，得颗粒肥；将颗粒肥经输送设备至一级冷却机和二级冷却机进行冷却至温度40℃；振动、筛分，得粒径为2-4mm的颗粒芯肥；

（2）制备包膜剂：首先制备改性聚乙烯醇溶液，取500 mL去离子水和50 g聚乙烯醇加入到装有电动搅拌器和回流装置的反应釜中；开动电动搅拌机，升温至95℃，保温约1.5 h，使其完全溶解；降温至80℃，取16 g壳聚糖置于聚乙烯醇溶液中，同时加入二氧化硅20g，于60℃恒温反应3h，得到改性聚乙烯醇溶液；将改性聚乙烯醇溶液、烯丙基聚乙二醇、尿素和活性炭按配比混合搅拌均匀，得到包膜剂；

（3）将肥芯颗粒置于包膜机中，使用步骤（2）所得包膜剂溶液进行包膜，得到本发明所述高塔造粒多元素缓释复合肥。

对比例1

一种高塔造粒多元素缓释复合肥，包括肥芯颗粒150份、外层包膜剂5份；所述肥芯颗粒是由以下重量份的原料制备而成：尿素100份、磷酸一铵50份、氯化钾40份、中微量元素混合物20份、天青石粉30份、硅藻土20份、增效剂1.5份；所述外层包膜剂是由以下重量份的原料制备而成：改性聚乙烯醇溶液20份、烯丙基聚乙二醇5份、尿素10份和活性炭6份。

本对比例肥料配方和制备方法除不含改性纳米二氧化硅的添加和制备外，其余同实施例3。

对比例2

一种高塔造粒多元素缓释复合肥，包括肥芯颗粒150份、外层包膜剂5份；所述肥芯颗粒是由以下重量份的原料制备而成：尿素100份、磷酸一铵50份、氯化钾40份、中微量元素混合物20份、天青石粉30份、硅藻土20份、改性纳米二氧化硅5份、增效剂1.5份；所述外层包膜剂是由以下重量份的原料制备而成：烯丙基聚乙二醇5份、尿素10份和活性炭6份。

本对比例肥料配方和制备方法除不含改性聚乙烯醇溶液的添加和制备外，其余同实施例3。

大田应用试验

试验地点：河北省驻马店某蔬菜生产基地。

试验品种：大白菜。

试验肥料：实施例1-3和对比例1-2制备的高塔造粒多元素缓释复合肥。

试验处理：试验设7个处理，2次重复，共14个试验区；每个小区的面积为4.2m×6m，每小区6垄，垄宽30 cm，垄间距40 cm，采用高垄条播，单行种植，株间距为45cm；每个小区78株。667m²种植密度为2065株。

空白组不施用肥料，实施例1-3和对比例1-2施用量，50kg/亩；普通肥料组50kg/亩。

大白菜品质测定：

可溶性糖的测定：大白菜新鲜叶片 1.0g，磨碎放入大试管中并加入 15mL 蒸馏水，放在沸水锅中煮 20min后取出冷却，过滤得到的溶液放在 100m L 容量瓶中，用蒸馏水冲洗残渣数次后，定容至刻度。取待测样品提取液 1.0mL，加入蒽酮试剂 5mL，同上操作显色测定光密度，重复三次。

Vc值的测定：在50mL 锥形瓶中加入 1mL 标准 Vc 溶液和 9m L1%草酸溶液；另取一个 50m L 锥形瓶加入 10m L 草酸为空白对照；用已标定的 2,6-二氯酚靛酚滴定至出现粉红色，并且 15s 内不褪色。记录所用的体积，并计算 K 值（每毫升 2,6-二氯酚靛酚所能氧维生素 C 的毫升数）。

称取新鲜大白菜叶片 5g 并剪碎放于研钵中，立即加入 5m L2%草酸溶液研磨成浆，一并倒入 100m L 容量瓶中，用 2%草酸溶液洗涤研钵数次并定容至刻度后充分混匀，过滤。取 3 个 50m L 锥形瓶，分别加入滤液10m L，迅速用已标定的 2,6-二氯酚靛酚溶液滴定至终点。

试验数据统计如下表所示：

表1 大白菜肥料应用效果数据

从表中数据我们可以看出，使用本发明实施例所得肥料，白菜增产效果明显，菜品品质较常规化肥处理的有所提升，其Vc、糖含量有了明显提升，病虫害发生率控制在1%左右，土壤PH稳定。不含有改性纳米二氧化硅、改性聚乙烯醇溶液的对比例1-2，白菜各项指标比空白例和普通施肥组都有所提升，但总体性能较实施例还有很大差距，可见，两种物质对于肥效的实现具有一定的辅助作用，两者相互配合，缺一则效弱。

需要说明的是，上述实施例仅仅是实现本发明的优选方式的部分实施例，而非全部实施例。显然，基于本发明的上述实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其他所有实施例，都应当属于本发明保护的范围。

Claims (6)

1.一种高塔造粒多元素缓释复合肥，其特征在于，包括肥芯颗粒150份、外层包膜剂5-10份；所述肥芯颗粒是由以下重量份的原料制备而成：尿素80-100份、磷酸一铵30-50份、氯化钾20-40份、中微量元素混合物10-20份、天青石粉10-30份、硅藻土15-20份、改性纳米二氧化硅3-5份、增效剂0.5-1.5份；所述外层包膜剂是由以下重量份的原料制备而成：改性聚乙烯醇溶液10-20份、烯丙基聚乙二醇3-5份、尿素5-10份和活性炭3-6份。

2.根据权利要求1所述高塔造粒多元素缓释复合肥，其特征在于，所述中微量元素混合物为：硫酸镁、硫酸锌、硼砂、硫酸铜、硫酸锰、钼酸铵按照质量比5-10:5-10:3-5:3-4:4-8:3-5混合所得。

3.根据权利要求1所述高塔造粒多元素缓释复合肥，其特征在于，所述改性纳米二氧化硅是通过以下方法制备得到的：将纳米二氧化硅与三乙醇胺按照重量比1:5混合，在研钵中研钵1小时，然后在高速搅拌下分散到含5％偶联剂KH560的水体中，调节pH至8-9，继续搅拌30-45min，放入球磨机中球磨3h，干燥后即得改性纳米二氧化硅。

4.根据权利要求1所述高塔造粒多元素缓释复合肥，其特征在于，所述增效剂α-甲基葡萄糖甙、α-酮戊二酸和乙二胺四乙酸按照1.5-2:1:1的重量比混合而得。

5.根据权利要求1所述高塔造粒多元素缓释复合肥，其特征在于，所述改性聚乙烯醇溶液是由以下方法制备得到的：取500 mL去离子水和50 g聚乙烯醇加入到装有电动搅拌器和回流装置的反应釜中；开动电动搅拌机，升温至95℃，保温约1.5 h，使其完全溶解；降温至50～80℃，取4-16 g壳聚糖置于聚乙烯醇溶液中，同时加入二氧化硅10-20g，于60℃恒温反应3h，得到改性聚乙烯醇溶液。

6.一种权利要求1-5任意一项高塔造粒多元素缓释复合肥的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）制备肥芯颗粒：将尿素加热熔融，然后将磷酸一铵、氯化钾、中微量元素混合物、天青石粉、硅藻土、改性纳米二氧化硅、增效剂加到尿素熔融液中，混合搅拌均匀得浆料；将料浆经造粒器输入到造粒塔进行高塔造粒，得颗粒肥；将颗粒肥经输送设备至一级冷却机和二级冷却机进行冷却至温度30-40℃；振动、筛分，得粒径为2-4mm的颗粒芯肥；

（2）制备包膜剂：首先制备改性聚乙烯醇溶液，取500 mL去离子水和50 g聚乙烯醇加入到装有电动搅拌器和回流装置的反应釜中；开动电动搅拌机，升温至95℃，保温约1.5 h，使其完全溶解；降温至50～80℃，取4-16 g壳聚糖置于聚乙烯醇溶液中，同时加入二氧化硅10-20g，于60℃恒温反应3h，得到改性聚乙烯醇溶液；将改性聚乙烯醇溶液、烯丙基聚乙二醇、尿素和活性炭按配比混合搅拌均匀，得到包膜剂；

（3）将肥芯颗粒置于包膜机中，使用步骤（2）所得包膜剂溶液进行包膜，得到本发明所述高塔造粒多元素缓释复合肥。